高速地铁隧道空气动力学特性及控制技术研究
发布时间：2024-04-25 21:21
随着地铁运营速度的不断提高,列车高速通过隧道引起的空气动力学问题不容忽视。为了研究高速地铁列车通过区间隧道时的气动规律并提出相应的控制措施,本文以地铁列车、区间隧道和车站两端通风竖井为研究对象,采用文献调研、理论分析、模型试验和数值计算相结合的方法,对高速地铁列车通过隧道时的气动效应展开研究。基于Fluent计算软件,采用三维粘性、可压缩、不等熵、非定常流的控制方程和标准k-ε两方程湍流模型,并利用滑移网格技术,对不同影响因素下高速地铁隧道内的气动规律进行了分析和总结。此外,本文针对不同速度等级下隧道合理净空面积进行了模拟计算,研究了车站两端通风竖井和车站屏蔽门对气动效应的影响规律,得出了合理竖井面积与高度。主要研究内容及结论有:(1)建立了高速地铁列车过隧道的数值计算模型并进行动模型试验验证,得到的测点压力变化规律和压缩波峰值与数值计算结果相同,说明了数值模型和计算方法的正确性。(2)针对不同车速、隧道长度和阻塞比对隧道内气动压力的影响规律进行了研究。计算表明高速地铁隧道内气压最大值与列车速度的平方近似成正比,与阻塞比成幂指数关系,且幂指数在N=1.3±0.25范围内,与国内外研究人...
【文章页数】：134 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 高速铁路隧道空气动力学研究现状
1.2.2 地铁隧道空气动力学特性研究现状
1.2.3 竖井对隧道内空气动力学效应影响的研究现状
1.2.4 相关研究成果的不足
1.3 主要研究内容
1.4 本文创新点
1.5 研究方法及技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
2 隧道空气动力学计算理论基础
2.1 高速列车过隧道空气流动基本特征
2.2 计算流体力学数值理论
2.3 控制方程
2.3.1 基本控制方程
2.3.2 湍流控制方程
2.4 滑移网格技术
2.5 本章小结
3 数值计算模型的建立与验证
3.1 计算模型的建立
3.1.1 列车计算模型
3.1.2 地铁隧道计算模型
3.1.3 计算区域的建立
3.1.4 网格生成
3.1.5 边界条件的设置
3.2 动模型试验
3.2.1 设备装置的构成
3.2.2 模型试验参数
3.3 试验结果比较
3.4 本章小结
4 高速地铁隧道气动荷载影响因素研究
4.1 地铁列车过隧道工况描述和流场分析
4.1.1 计算工况建立和测点布置
4.1.2 地铁列车过隧道压力波传播过程分析
4.1.3 地铁列车过隧道时的流场分析
4.2 隧道长度对气动荷载影响规律
4.3 列车速度对气动荷载影响规律
4.4 地铁隧道阻塞比对气动荷载影响规律
4.5 本章小结
5 高速地铁隧道合理净空面积研究
5.1 隧道空气动力学舒适性标准
5.2 瞬变压力向车内的传播规律
5.3 不同速度下地铁隧道合理净空面积数值分析
5.3.1 问题的提出和工况描述
5.3.2 车外压力分布规律
5.3.3 车内压力变化率评定
5.4 列车密封指数与净空面积对应关系
5.5 本章小结
6 地铁车站通风竖井和屏蔽门对气动效应的影响研究
6.1 竖井减压原理与计算模型建立
6.1.1 竖井减压原理
6.1.2 模型与工况的建立
6.1.3 列车过含有竖井隧道时的流场分布
6.2 竖井开启方式对隧道内气动效应的影响
6.2.1 隧道内测点压力变化情况
6.2.2 车头内外压力变化情况
6.2.3 小结
6.3 竖井面积对隧道内气动效应的影响及优化
6.3.1 隧道内测点压力变化情况
6.3.2 车头内外压力变化情况
6.3.3 小结
6.4 竖井高度对隧道内气动效应的影响及优化
6.4.1 隧道内测点压力变化情况
6.4.2 车头内外压力变化情况
6.4.3 小结
6.5 屏蔽门与站台边缘不同距离时的气动效应分析
6.5.1 隧道内测点压力变化情况
6.5.2 车头内外压力变化情况
6.5.3 小结
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 本文主要结论
7.2 不足与展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3964263
【文章页数】：134 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 高速铁路隧道空气动力学研究现状
1.2.2 地铁隧道空气动力学特性研究现状
1.2.3 竖井对隧道内空气动力学效应影响的研究现状
1.2.4 相关研究成果的不足
1.3 主要研究内容
1.4 本文创新点
1.5 研究方法及技术路线
1.5.1 研究方法
1.5.2 技术路线
2 隧道空气动力学计算理论基础
2.1 高速列车过隧道空气流动基本特征
2.2 计算流体力学数值理论
2.3 控制方程
2.3.1 基本控制方程
2.3.2 湍流控制方程
2.4 滑移网格技术
2.5 本章小结
3 数值计算模型的建立与验证
3.1 计算模型的建立
3.1.1 列车计算模型
3.1.2 地铁隧道计算模型
3.1.3 计算区域的建立
3.1.4 网格生成
3.1.5 边界条件的设置
3.2 动模型试验
3.2.1 设备装置的构成
3.2.2 模型试验参数
3.3 试验结果比较
3.4 本章小结
4 高速地铁隧道气动荷载影响因素研究
4.1 地铁列车过隧道工况描述和流场分析
4.1.1 计算工况建立和测点布置
4.1.2 地铁列车过隧道压力波传播过程分析
4.1.3 地铁列车过隧道时的流场分析
4.2 隧道长度对气动荷载影响规律
4.3 列车速度对气动荷载影响规律
4.4 地铁隧道阻塞比对气动荷载影响规律
4.5 本章小结
5 高速地铁隧道合理净空面积研究
5.1 隧道空气动力学舒适性标准
5.2 瞬变压力向车内的传播规律
5.3 不同速度下地铁隧道合理净空面积数值分析
5.3.1 问题的提出和工况描述
5.3.2 车外压力分布规律
5.3.3 车内压力变化率评定
5.4 列车密封指数与净空面积对应关系
5.5 本章小结
6 地铁车站通风竖井和屏蔽门对气动效应的影响研究
6.1 竖井减压原理与计算模型建立
6.1.1 竖井减压原理
6.1.2 模型与工况的建立
6.1.3 列车过含有竖井隧道时的流场分布
6.2 竖井开启方式对隧道内气动效应的影响
6.2.1 隧道内测点压力变化情况
6.2.2 车头内外压力变化情况
6.2.3 小结
6.3 竖井面积对隧道内气动效应的影响及优化
6.3.1 隧道内测点压力变化情况
6.3.2 车头内外压力变化情况
6.3.3 小结
6.4 竖井高度对隧道内气动效应的影响及优化
6.4.1 隧道内测点压力变化情况
6.4.2 车头内外压力变化情况
6.4.3 小结
6.5 屏蔽门与站台边缘不同距离时的气动效应分析
6.5.1 隧道内测点压力变化情况
6.5.2 车头内外压力变化情况
6.5.3 小结
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 本文主要结论
7.2 不足与展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3964263
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3964263.html
